一种锌镍双极性电池极板及其制备方法.pdf

本发明公开了一种用于锌镍双极性电池的极板，包括镍正极膏料，锌负极膏料，孔状基体，极板基体，所述的镍正极膏体附着于第一孔状基体，所述第一孔状基体固定在极板基体第一表面，所述的锌负极膏料附着于第二孔状基体，所述第二孔状基体固定在极板基体第一表面相对面。极板具有便于连续生产制备的优点，并且能够大幅提高锌镍电池的性能。本发明还公开了极板的制备方法以及设有该极板的锌镍电池。

权利要求书1.  一种锌镍双极性电池的极板，包括镍正极膏料，锌负极膏料，孔状基体，极板基体，所述的镍正极膏体附着于第一孔状基体，所述附有镍正极膏体的第一孔状基体固定在极板基体第一表面，所述的锌负极膏料附着于第二孔状基体，所述附有锌负极膏料的第二孔状基体固定在极板基体第一表面相对面。2.  权利要求1所述的极板，其特征在于，所述的孔状基体是金属材料，优选，泡沫镍、冲孔镍带、冲孔铜网、编制铜网，或者所述的孔状基体是是耐碱性塑料制成多孔网或泡沫塑料，优选，所述的耐碱性塑料选自PP、PE、PTFE、尼龙、涤纶。3.  权利要求2所述的极板，其特征在于，第一孔状基体与第二孔状基体可以相同，也可以不同。4.  权利要求1所述的极板，其特征在于，所述的极板基体是由导电的金属材料或金属复合材料而制成的薄膜片。5.  权利要求4所述的极板，其特征在于，所述的极板基体为采用耐碱性、耐氧化、高析氢过电位的金属薄膜制成。6.  权利要求4所述的极板，其特征在于，所述的极板基体为导电塑料薄片，两侧分别贴上镍薄膜及锌薄膜制成薄膜复合材料。7.  权利要求6所述的极板，其特征在于，所述的极板基体为由镍和锌组成的薄膜片。8.  一种制备权利要求1～7任一项所述的极板的方法，包括：1)将镍正极膏料附着于第一孔状基体，将锌负极膏料附着于第二孔状基体；2)将步骤1得到的附有镍正极膏料的第一孔状基体固定于极板基体第一表面，将附有锌负极膏料的第二孔状基体固定于极板基体第一表面相对面。9.  权利要求8所述的制备方法，其特征在于，采用拉浆工艺将膏料附着于孔状基体。10.  一种锌镍双极性电池，其特征在于，所述的电池中包含权利要求1～7任一项所述的极板。

说明书一种锌镍双极性电池极板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于双极性电池的极板，特别是涉及一种用于锌镍双极性电池的极板及其制备方法
背景技术
在传统的双极性电池中，分配极板平行排列并彼此相邻，形成呈″三明治″型结构堆叠的电池，以便同一个极板具有与紧靠前面的极板的正极面相互作用的负极面，及其相对的正极面，该正极面与紧靠后面的极板的负极面相互作用。这些极板也称为双极片，因为电极的一侧或面用作电池中的阳极，且该同一个电极的对侧或面用作下一个电池的阴极。阳极面和阴极面由电子导体隔开。
双极性电池要比传统的单极电池在电力输出上优越很多，因其活性物质被涂覆在极板基体的两面，电流能从基体流动到下一节电池，电流路径极短，故在电路中因电阻电压降而造成的电荷损失达到了最小，电池体积也因此大大减少，但双极性电池的制作却存在无法连续生产的困难。另一方面，锌镍是一种高性能电池，传统结构下的比能量最高就可以达到70wh/kg，是电动车等的理想电源，被誉为真正的“绿色电池”。该类电池如果采用双极结构，则其性能仍然存在很大的空间，而且成本也会因此而大幅度降低。但由于极板无法进行连续化涂片，使得无法快速的制备，限制了其工业化。
发明内容
本发明旨在提供一种锌镍双极性电池的极板及其制备方法，以及锌镍双极性电池，以达到使双极性电池可以连续生产，且大幅提高锌镍电池性能的目的。
为了解决上述问题，本发明公开了一种锌镍双极性电池的极板，包括镍正极膏料，锌负极膏料，孔状基体，极板基体，所述的镍正极膏体附着于第一孔状基体，所述第一孔状基体固定在极板基体第一表面，所述的锌负极膏料附着于第二孔状基体，所述第二孔状基体固定在极板基体第一表面相对面。
优选，所述的孔状基体可以是金属材料，优选，泡沫镍、冲孔镍带、冲孔铜网、编制铜网，也可以是耐碱性塑料制成多孔网或泡沫塑料，优选，所述的耐碱性塑料是PP、PE、PTFE、尼龙、涤纶等。其中，第一孔状基体与第二孔状基体可以相同，也可以不同。孔状基体的厚度由电池容量决定。
优选，所述的极板基体是由导电的金属材料或金属复合材料而制成的薄膜片。更优选 所述的极板基体为采用耐碱性、耐氧化、高析氢过电位的金属薄膜制成。更优选，所述的极板基体为导电塑料薄片，两侧分别贴上镍薄膜及锌薄膜制成薄膜复合材料。最优选所述的极板基体为由镍和锌组成的薄膜片，该薄膜片为非光滑表面，一侧为镍层，以便正极镍膏料的贴覆，另一侧为锌层，以便于负极锌膏料的贴覆。极板基体材料要求耐腐蚀，在保证强度的前提下越薄越好，优选，厚度为0.1～2mm。
其中，所述的镍正极膏体和锌负极膏料没有特别的要求，可以为本领域的公知的镍正极膏体和锌负极膏料。本领域技术人员可以知道如何选择镍正极膏体和锌负极的材料，确定镍正极膏体和锌负极膏料的制备方法。例如，“锌镍电池锌电极的制备及电化学性能”(方飞，硕士论文，浙江工业大学，2004年)中提到“称取一定量的球形氢氧化镍，掺入5wt.％金属钴粉和5wt.％石墨，混合均匀后滴加浓度为5wt.％的PTFE乳液若干滴，调成粘度适当的膏状物”，即可得到所需的镍电极膏料。又例如，“丙三醇对Zn-Ni电池性能的影响”(李景威等，电池，2008，38(1))提到“将75％氧化锌、15％锌酸钙、10％锌粉、适量缓蚀剂(In2O3、Bi2O3)、蒸馏水、黏合剂(3％PTFE+0.6％CMC)和丙三醇混合均匀制成浆料”，即得到锌负极膏料。
本发明还公开了上述极板的制备方法，
1)将镍正极膏料附着于第一孔状基体，将锌负极膏料附着于第二孔状基体；
2)将步骤1得到的附有镍正极膏料的第一孔状基体固定于极板基体第一表面，将附有锌负极膏料的第二孔状基体固定于极板基体第一表面相对面。
将镍正极膏料附着于第一孔状基体，锌负极膏料附着于第二孔状基体可以采用公知的方法。例如采用公知的制备极片的干法，湿法，优选，湿法中的拉浆法、喷涂法、涂布法，最优选采用拉浆工艺将膏料附着于孔状基体。
附着膏体的孔状基体(又称为浆带)尺寸没有特别的要求，可以根据电池的大小，对浆带进行裁剪，得到裁剪后的浆带(又称为贴片)。
本发明还公开了一种锌镍双极性电池，所述的电池中包含上述的极板。
本发明中锌镍双极性电池的制作并无特别要求，以公知的双极电池形式组装即可。具体来说：首先取一片正单极片5，然后叠上一片隔膜7，接下来叠上一片上述的极板4，将双极片的负极面正对正单极片5，然后再叠上一片隔膜7，接下来叠上一片上述的极板4，如此层叠，最后叠上负单极片6，将其进行密封，加入电解液就得到了本发明所述的锌镍双极性电池。所述的正单极片5和负单极片6可以采用上述的浆带，裁减后得到的贴片固定于极板基体的一侧制得。电解液没有特别要求，为普通锌镍电池的电解液即可，例如“锌镍电池负极材料氧化锌的纳米化、表面修饰及电化学性能”(马敏，硕士论文，浙江大学，2008)中提到的电解液为含4M KOH，1.6M K3BO3，0.9M KF和0.1M LiOH的水溶液，加入ZnO至过饱和。
本发明中，双极性电池的极板的制作较以往极板的制作来说十分简易，以往极板大多 需要在制备好的极板基体上进行刮膏，使正负极活性物质分别贴覆在极板基体两侧，无法连续化生产，而本发明则可以利用现有技术例如拉浆连续操作，接下来只要将符合尺寸的浆带分别贴覆在极板基体的两侧即得到极板。此外，还可以以制备极板同样的方法制备出双极电池的最外层正负极单极片，减少了生产设备的投入，降低生产成本。本发明制备的镍锌双极性电池比普通电池比能量高，可以达到90wh/kg。
附图说明
图1本发明的用于锌镍双极性电池的极板制作流程图
其中，1-浆带；2-贴片；3-极板基体；4-极板；5-正单极片；6-负单极片；7-隔膜
具体实施方式
以下结合实施例与附图，对本发明进行具体实施说明，但非限制本发明。
实施例1
首先，按85份(重量份，下同)球形氢氧化镍：5份金属钴粉：5份石墨：30份稀释成5％的PTFE乳液的比例，调成粘度适当的膏状物，即得到正极膏料。
同时，按75份氧化锌：15份锌酸钙：10份锌粉：0.5份In2O3：0.5份Bi2O3：30份蒸馏水：3份PTFE：0.6份CMC：5份丙三醇的比例，混合均匀制成10kg锌负极膏料。
如图1所示，
1、第一孔状基体、第二孔状基体均采用丝径为0.3mm的尼龙丝网，在其上通过拉浆工艺，分别连续对镍浆、锌浆拉浆，控制拉浆炉温度150℃，走带速度1.5m/min，然后将浆带1经剪裁成所需的尺寸的极贴片2，本实施例中正极贴片尺寸为110mm×140mm×0.5mm，负极贴片尺寸为110mm×140mm×0.4mm。
2、然后将正负极贴片分别贴附在极板基体3的两侧，得到极板4；或单独贴附在极板基体3的两侧，得到正单极片5和负单极片6。本实施例中的极板基体材质为0.02mm厚度规格的镍箔和0.3mm厚度锌箔组成一个整体，总厚度0.32mm，其中，镍箔面贴正极浆带，锌箔面贴负极浆带。
3、接下来，将所得到极板4、正单极片5和负单极片6、以及隔膜7以公知的双极电池组装技术组装成双极电池，具体来说，即：首先取一片正单极片5，然后叠上一片隔膜7，接下来叠上一片极板4，将极板4的负极面正对正单极片5，然后再叠上一片隔膜7，接下来叠上一片双极片4，如此反复层叠，至所需的数目，本实施例中极板为7片，即使得双极电池共组成8个单格，最后叠上负单极片6。
叠片完成后将电池进行密封，加入电解液(4M KOH，1.6M K3BO3，0.9M KF和0.1M LiOH的水溶液，加入ZnO至过饱和)就得到了一只12V规格的锌镍双极性电池。经测试，上述的电池比能量为87.5wh/kg。
实施例2
同样，如实施例1先配制正负极膏料。如图1所示：
1、第一孔状基体采用110ppi规格的泡沫镍，预压成1mm厚后在其上通过拉浆工艺，控制拉浆炉温度180℃，走带速度1m/min，然后将浆带滚压成0.7mm并经剪裁成100mm×120mm正极贴片。
2、第二孔状基体采用0.3mm规格的编织铜网，通过拉浆工艺，控制拉浆炉温度200℃，走带速度0.8m/min，然后剪裁成100mm×120mm×0.5mm负极贴片
3、同实施例1得到极板4、正单极片5和负单极片6。本实施例中，采用的极板基体3为ABS为主体，掺杂30％(w/w)导电石墨制成的耐碱性的导电塑料片，厚度为0.6mm。
4、同实施例1，将所得到极板4、正单极片5和负单极片6、以及隔膜7以公知的双极电池组装技术组装成双极电池，本实施例中极板为14片，即使得双极电池共组成15个单格，最后叠上负单极片6。
叠片完成后将电池进行密封，加入电解液(4M KOH，1.6M K3BO3，0.9M KF和0.1M LiOH的水溶液，加入ZnO至过饱和)就得到了一只24V规格的锌镍双极性电池。经测试，上述的电池比能量为82.3wh/kg。